ماشینها، قطارها، ترامواها و قایقهای برقی همین حالا هم وجود دارند. این موضوع منطقاً به این سوال منجر میشود: چرا هواپیماهای برقی بزرگ را نمیبینیم؟ و آیا به زودی آنها را خواهیم دید؟
چرا ما ماشینها و قطارهای برقی داریم، اما هواپیماهای برقی کمی داریم؟ دلیل اصلی این است که ایجاد تغییرات اساسی در ماشین یا قطار بسیار سادهتر است، حتی اگر از نظر ظاهری بسیار شبیه به وسایل نقلیه سنتی سوخت فسیلی باشند.
وسایل نقلیه زمینی به راحتی میتوانند با جرم اضافی ناشی از ذخیرهسازی برق یا سیستمهای پیشرانش الکتریکی کنار بیایند، اما هواپیماها بسیار حساستر هستند.
برای مثال، افزایش ۳۵ درصدی جرم یک ماشین منجر به افزایش ۱۳ تا ۲۰ درصدی مصرف انرژی میشود. اما برای یک هواپیما، مصرف انرژی با جرم رابطه مستقیم دارد: افزایش ۳۵ درصدی جرم آن به این معنی است که به ۳۵ درصد انرژی بیشتر نیاز دارد (در صورت ثابت بودن سایر شرایط).
اما این تنها بخشی از داستان است. هواپیماها همچنین مسافت بسیار بیشتری نسبت به وسایل نقلیه زمینی طی میکنند، به این معنی که یک پرواز به انرژی بسیار بیشتری نسبت به یک سفر جادهای متوسط نیاز دارد. هواپیما باید تمام انرژی مورد نیاز برای جابجایی جرم خود را برای هر پرواز در خود ذخیره کند (برخلاف قطاری که به شبکه برق متصل است). بنابراین استفاده از یک منبع انرژی سنگین به این معنی است که برای یک پرواز به انرژی بیشتری نیاز است که منجر به جرم اضافی میشود و غیره.
برای یک هواپیما، جرم بسیار مهم است، به همین دلیل است که خطوط هوایی با دقت چمدانها را وزن میکنند. هواپیماهای برقی به باتریهایی با انرژی کافی به ازای هر کیلوگرم باتری نیاز دارند، در غیر این صورت، جریمه جرم به این معنی است که آنها نمیتوانند مسافتهای طولانی را پرواز کنند.
هواپیماهای کوتاهبرد
با وجود این، هواپیماهای الکتریکی در افق دیده میشوند - اما به این زودیها شاهد هواپیماهای ۷۴۷ الکتریکی نخواهید بود.
بهترین باتریهای لیتیوم-یونی موجود امروزی حدود ۲۰۰ وات-ساعت (Wh) در هر کیلوگرم، یعنی حدود ... ارائه میدهند. ۶۰ برابر کمتر از سوخت هواپیماهای فعلیاین نوع باتری میتواند تاکسیهای هوایی برقی کوچک با حداکثر چهار مسافر را در مسافتی حدود ۱۰۰ کیلومتر تغذیه کند. برای سفرهای طولانیتر، به سلولهای با چگالی انرژی بیشتر نیاز است.
برای مثال، هواپیماهای برقی مسافربری کوتاهبرد که تا 30 نفر را برای مسافت کمتر از 800 کیلومتر حمل میکنند، به طور خاص به 750 تا 2,000 وات ساعت بر کیلوگرم انرژی نیاز دارند که حدود 6 تا 17 درصد از محتوای انرژی سوخت جت مبتنی بر نفت سفید است. حتی هواپیماهای بزرگتر نیز به باتریهای سبکتری نیاز دارند. به عنوان مثال، هواپیمایی که 140 مسافر را برای مسافت 1,500 کیلومتر حمل میکند، حدود 30 کیلوگرم نفت سفید برای هر مسافر مصرف میکند. با فناوری باتری فعلی، تقریباً 1,000 کیلوگرم باتری برای هر مسافر مورد نیاز است.
برای اینکه هواپیماهای مسافربری منطقهای کاملاً برقی شوند، نیاز به کاهش چهار تا ده برابری وزن باتری است. نرخ تاریخی بلندمدت بهبود انرژی باتری حدود ۳ تا ۴ درصد در سال بوده است که دو برابر میشود. تقریباً هر دو دههبر اساس ادامه این روند تاریخی، بهبود چهار برابری مورد نیاز برای یک هواپیمای مسافربری کاملاً برقی میتواند به طور بالقوه در اواسط قرن حاضر حاصل شود.
اگرچه این ممکن است انتظاری بسیار طولانی به نظر برسد، اما با مقیاس زمانی تغییر در صنعت هوانوردی، چه در زمینه زیرساختها و چه در زمینه چرخه عمر طراحی هواپیما، سازگار است. طراحی یک هواپیمای جدید حدود ۵ تا ۱۰ سال طول میکشد و سپس به مدت دو تا سه دهه در خدمت خواهد بود. برخی از هواپیماها هنوز ۵۰ سال پس از اولین پرواز خود پرواز میکنند.
هیبریدها از راه میرسند
آیا این به این معنی است که پروازهای طولانی مدت همیشه به سوختهای فسیلی متکی خواهند بود؟ نه لزوماً.
در حالی که هواپیماهای بزرگ کاملاً برقی نیاز به یک تغییر اساسی و هنوز اختراع نشده در ذخیره انرژی دارند، راههای دیگری برای کاهش اثرات زیستمحیطی پرواز وجود دارد.
هواپیماهای هیبریدی-الکتریکی سوختها را با نیروی محرکه الکتریکی ترکیب میکنند. این کلاس از هواپیماها شامل طراحی بدون باتری است که در آن سیستم نیروی محرکه الکتریکی برای بهبود راندمان رانش و کاهش میزان سوخت مورد نیاز عمل میکند.
هواپیماهای هیبریدی-الکتریکی مجهز به باتری نیز در حال توسعه هستند که در آنها باتریها میتوانند در شرایط خاص، نیروی اضافی فراهم کنند. به عنوان مثال، باتریها میتوانند برخاستن و فرود بدون آلودگی را برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای در نزدیکی فرودگاهها فراهم کنند.
هواپیماهای برقی تنها راه کاهش ردپای کربن مستقیم پرواز نیستند. سوختهای جایگزین مانند سوختهای زیستی و هیدروژن نیز در دست بررسی هستند.
سوختهای زیستی، سوختهایی که از ... مشتق میشوند گیاهان یا جلبکها، برای اولین بار در سال ۲۰۰۸ در یک پرواز تجاری مورد استفاده قرار گرفتند و چندین شرکت هواپیمایی آزمایشهایی انجام دادهاند با آنها. اگرچه به طور گسترده مورد استقبال قرار نگرفته است، اما تحقیقات قابل توجهی در حال حاضر در حال بررسی سوختهای زیستی پایدار است که بر منابع آب شیرین یا تولید مواد غذایی تأثیری ندارند.
اگرچه سوختهای زیستی هنوز هم CO2 تولید میکنند، اما نیازی به تغییرات قابل توجهی در زیرساختهای موجود هواپیما یا فرودگاه ندارند. از سوی دیگر، هیدروژن نیاز به طراحی مجدد کامل زیرساختهای سوخترسانی فرودگاه دارد و همچنین تأثیر قابل توجهی بر طراحی خود هواپیما دارد.
در حالی که هیدروژن بسیار سبک است - هیدروژن حاوی سه برابر انرژی بیشتر به ازای هر کیلوگرم از نفت سفید - چگالی آن بسیار کم است، حتی زمانی که به صورت مایع در دمای -250 درجه سانتیگراد ذخیره شود. این بدان معناست که سوخت دیگر نمیتواند در بال ذخیره شود، بلکه باید به مخازن نسبتاً سنگین و حجیم داخل بدنه منتقل شود. با وجود این معایب، پروازهای طولانی مدت با سوخت هیدروژن میتواند مصرف انرژی را افزایش دهد. تا ۱۲٪ انرژی کمتر نسبت به نفت سفید.
درباره نویسنده
دریس ورستراته، مدرس ارشد طراحی و پیشرانش هوافضا، دانشگاه سیدنی
این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.
ویدئو: هواپیماهای آینده - مستند ناسا
{تعیینشده Y=Y1gAusOW-RU}
کتابهای مرتبط
رها کردن: برنامه جامع تر که تا کنون پیشنهاد معکوس گرم شدن جهانی شده است
نوشتهی پاول هاوکن و تام استایر
در مواجهه با ترس و بیتفاوتی گسترده، ائتلافی بینالمللی از محققان، متخصصان و دانشمندان گرد هم آمدهاند تا مجموعهای از راهحلهای واقعبینانه و جسورانه را برای تغییرات اقلیمی ارائه دهند. صد تکنیک و شیوه در اینجا شرح داده شده است - برخی از آنها کاملاً شناخته شده هستند؛ برخی دیگر را ممکن است هرگز نشنیده باشید. این تکنیکها از انرژی پاک گرفته تا آموزش دختران در کشورهای کمدرآمد و شیوههای استفاده از زمین که کربن را از هوا بیرون میکشند، متغیر هستند. این راهحلها وجود دارند، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند و جوامع در سراسر جهان در حال حاضر با مهارت و عزم راسخ آنها را اجرا میکنند. موجود در آمازون
طراحی راهکارهای اقلیمی: راهنمای سیاستگذاری برای انرژی کمکربن
نوشته هال هاروی، رابی اورویس، جفری ریسمن
با توجه به اثرات تغییرات اقلیمی که همین حالا هم بر ما وارد شده است، نیاز به کاهش انتشار گازهای گلخانهای جهانی کاملاً ضروری است. این یک چالش دلهرهآور است، اما فناوریها و استراتژیهای لازم برای مقابله با آن امروزه وجود دارند. مجموعهای کوچک از سیاستهای انرژی، که به خوبی طراحی و اجرا شوند، میتوانند ما را در مسیر آیندهای کم کربن قرار دهند. سیستمهای انرژی بزرگ و پیچیده هستند، بنابراین سیاستهای انرژی باید متمرکز و مقرون به صرفه باشند. رویکردهای یکسان برای همه به سادگی کار را انجام نمیدهند. سیاستگذاران به یک منبع روشن و جامع نیاز دارند که سیاستهای انرژی را که بیشترین تأثیر را بر آینده اقلیمی ما خواهند داشت، تشریح کند و نحوه طراحی خوب این سیاستها را شرح دهد. موجود در آمازون
این همه چیز را تغییر میدهد: سرمایهداری در مقابل آب و هوا
نوشتهی نائومی کلاین
In این همه چیز تغییر نائومی کلاین استدلال میکند که تغییرات اقلیمی فقط یک مسئلهی دیگر نیست که به طور مرتب بین مالیات و مراقبتهای بهداشتی طبقهبندی شود. این زنگ خطری است که ما را به اصلاح یک سیستم اقتصادی فرا میخواند که از بسیاری جهات ما را شکست داده است. کلاین با دقت استدلال میکند که چگونه کاهش گستردهی انتشار گازهای گلخانهای بهترین فرصت ما برای کاهش همزمان نابرابریهای گسترده، بازآفرینی دموکراسیهای شکستهمان و بازسازی اقتصادهای محلی ویرانشدهمان است. او ناامیدی ایدئولوژیک انکارکنندگان تغییرات اقلیمی، توهمات مسیحایی مهندسان ژئوماتیک و شکستزدگی غمانگیز بسیاری از ابتکارات سبز جریان اصلی را افشا میکند. و او دقیقاً نشان میدهد که چرا بازار بحران اقلیمی را حل نکرده و نمیتواند حل کند، بلکه در عوض اوضاع را بدتر خواهد کرد، با روشهای استخراج شدیدتر و از نظر زیستمحیطی مخربتر، همراه با سرمایهداری فاجعهبارِ افسارگسیخته. موجود در آمازون
از ناشر:
خریدهای آمازون هزینهی آوردن شما را جبران میکند InnerSelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com بدون هیچ هزینهای و بدون تبلیغاتی که عادات مرور شما را ردیابی میکنند. حتی اگر روی یک لینک کلیک کنید اما این محصولات انتخاب شده را خریداری نکنید، هر چیز دیگری که در همان بازدید در آمازون خریداری کنید، کمیسیون کمی به ما پرداخت میکند. هیچ هزینه اضافی برای شما وجود ندارد، بنابراین لطفاً در این تلاش مشارکت کنید. شما همچنین میتوانید از این لینک استفاده کنید برای استفاده در هر زمانی از آمازون، تا بتوانید از تلاشهای ما حمایت کنید.
